Fuseología 1: Conceptos Básicos Acerca de los Dispositivos de Protección Contra Sobrecorriente

Conceptos Básicos Acerca de los Dispositivos de Protección Contra Sobrecorriente

La fuseología es el estudio de los principios fundamentales de operación de los fusibles. Estos principios incluyen las clasificaciones y las características de operación que hacen del fusible un eficiente dispositivo de protección contra sobrecorriente (OCPD por sus siglas en inglés “Over Current Protective Device”).

En términos sencillos, un fusible es un dispositivo de protección contra sobrecorriente con una parte fundible para abrir un circuito, la cual es calentada y cortada por el paso de sobrecorriente a través de él. Un fusible está constituído por todas las partes que forman una unidad que puede realizar estas funciones.

Los sistemas de distribución eléctrica no pueden ser absolutamente seguros contra fallas y están sujetos a sobrecorrientes destructivas, tales como sobrecargas, fallas del sistema de tierra o cortocircuitos. Entornos hostiles, deterioro general, daños accidentales o provocados por causas naturales y sobrecargas son factores comunes que dan lugar a sobrecorrientes.

Los dispositivos de protección contra sobrecorrientes confiables, como el fusible mostrado en la Figura 1, previenen o reducen al mínimo los costosos daños a transformadores, conductores, motores y muchos otros componentes y cargas que integran un sistema de distribución de energía completo.

Una protección de circuitos confiable es esencial para la seguridad eléctrica del personal y para evitar fuertes pérdidas económicas debidas a cortes de energía eléctrica o a periodos prolongados de “tiempos muertos” en las instalaciones.

El fusible es un dispositivo de protección contra sobrecorriente (OCPD) simple y confiable, fabricado en una variedad de configuraciones formadas básicamente por uno o varios eslabones “fundibles” encapsulados en un tubo o alojamiento, conectados a las terminales. La resistencia eléctrica del eslabón es tan baja que actúa como un conductor hasta que se encuentra con niveles de corriente por encima de su clasificación de amperes. Entonces se funde y abre el circuito para proteger conductores, componentes y cargas.

Los fusibles para sistemas de distribución eléctrica comúnmente tienen tres características de desempeño únicas que cumplen las Leyes de Freimel de Protección contra Sobrecorriente:

1. Alta clasificación de interrupción para abrir de manera segura corrientes de falla muy altas sin romperse.

2. Limitación de corriente para “restringir” las corrientes de falla a valores bajos para una óptima protección de componentes y equipos, y ayudar a que el equipo alcance altas clasificaciones de corriente de cortocircuito (SCCR).

3. Coordinación selectiva del sistema eléctrico en un rango completo de sobrecorrientes para ayudar a prevenir cortes de energía innecesarios causados por la apertura en cascada de los OCPD aguas arriba, cuando se aplican con las correctas relaciones de clasificación

de amperes.

El conocimiento y entendimiento de estos tres principios clave de protección contra sobrecorriente eléctrica dará como resultado un sistema eléctrico seguro y confiable que cumple con la normatividad correspondiente.

Cómo funcionan los fusibles

Funcionan como dispositivo de protección contra sobrecorriente, el fusible actúa como una “válvula de seguridad de electricidad” al ser una parte frágil en la trayectoria del circuito que, cuando es aplicado adecuadamente, se fundirá y abrirá el circuito para eliminar o reducir al mínimo cualquier daño que pueda ser provocado por un flujo excesivo de corriente.

Existen muchas variedades y construcciones de fusibles, cada una desarrollada para satisfacer una necesidad de aplicación para una clase particular de protección contra sobrecorriente.

Protección contra Sobrecorriente

Una sobrecorriente es una corriente de sobrecarga, una corriente de cortocircuito o una corriente de falla a tierra. La corriente de sobrecarga es un flujo excesivo de corriente relativo a la corriente de operación normal, pero continúa confinada a la trayectoria normal del circuito, formada por conductores, componentes y cargas. Las corrientes de cortocircuito o de falla a tierra fluyen fuera de la trayectoria normal del circuito.

Sobrecargas

Las sobrecargas están entre 1.35 y 6 veces el nivel de corriente normal. Usualmente son temporales y causadas por corrientes de entrada que ocurren cuando los motores arrancan o los transformadores son energizados. Dichas sobrecargas, o corrientes transitorias, son eventos normales, y su breve duración no es perjudicial para los componentes del circuito; además, el incremento de temperatura asociado es mínimo y sin efectos dañinos.

Es importante que los OCPD estén dimensionados adecuadamente y tengan las características de operación apropiadas, de manera que no reaccionen a estas sobrecargas temporales o causen “molestas interrupciones”.

Las sobrecargas persistentes, no temporales, pueden ser resultado de motores defectuosos (rodamientos desgastados) o cuando demasiadas cargas están en un solo circuito, y no debe permitirse que duren lo suficiente para dañar los componentes del sistema eléctrico, como

a los conductores. Este daño eventualmente podría dar lugar a graves fallas si la sobrecarga no es interrumpida.

Debido a la naturaleza de baja magnitud inherente a la sobrecarga, suprimirlas dentro de los siguientes segundos, o incluso minutos, de su inicio generalmente evita daños térmicos.

Cortocircuitos

Los cortocircuitos difieren de las sobrecargas que pueden ser cientos o miles de veces mayores que la corriente de operación normal. Un cortocircuito de alto nivel puede ser de hasta 30 kA o 200 kA, y debe ser interrumpido tan pronto como sea posible para reducir al mínimo los daños, los cuales pueden incluir:

• Intensas fuerzas magnéticas que deforman y distorsionan las barras de distribución y sus soportes correspondientes, ocasionándoles daños irreparables.

• Daños graves al aislamiento

• Conductores eléctricos fundidos o vaporizados

• Metal vaporizado, que incluye barra alimentadora del equipo eléctrico.

• Gases ionizados

• Incendios por arco eléctrico

• Explosiones

Nota: “Corriente de falla” es un término general que se usa en este documento e incluye corrientes por: falla a tierra, arco eléctrico y cortocircuito.